JP4963061B2 - Fuel cell system and replacement system for fuel cell desulfurization agent and reforming catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに使用する脱硫剤および改質触媒の寿命を予測し、脱硫剤および改質触媒の交換時期を通知する燃料電池システム並びに燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system for predicting the lifetime of a desulfurizing agent and a reforming catalyst used in a fuel cell system and notifying the replacement timing of the desulfurizing agent and the reforming catalyst, and a desulfurizing agent and reforming catalyst replacement system for the fuel cell. It is about.
近年の環境問題、エネルギー問題から、燃料電池がクリーンで高効率な発電システムとして注目されている。燃料電池は、一般に天然ガスや灯油などの燃料を原料として、改質反応により水素を生成し、この水素と空気中の酸素との化学反応により発電を行うものである。この改質に用いられる触媒は、燃料中の硫黄分により被毒されて活性が劣化するため、これら燃料中の硫黄分をきわめて低いレベルまで脱硫する必要がある。 Due to environmental problems and energy problems in recent years, fuel cells are attracting attention as a clean and highly efficient power generation system. A fuel cell generally generates hydrogen by a reforming reaction using a fuel such as natural gas or kerosene as a raw material, and generates power by a chemical reaction between the hydrogen and oxygen in the air. Since the catalyst used for this reforming is poisoned by the sulfur content in the fuel and its activity deteriorates, it is necessary to desulfurize the sulfur content in the fuel to a very low level.
通常、上記の脱硫は燃料電池に設けられた脱硫器で行われ、燃料中に含まれる硫黄分を脱硫剤により吸着或いは収着などにより除去するが、所定量の硫黄化合物が脱硫剤に吸着或いは収着されると、それ以上の硫黄分を処理できなくなるため脱硫剤を交換する必要がある。 Normally, the above desulfurization is performed in a desulfurizer provided in the fuel cell, and sulfur contained in the fuel is removed by adsorption or sorption with a desulfurization agent. Once sorbed, no further sulfur can be processed, so the desulfurizing agent must be replaced.
また、改質触媒についても、硫黄被毒により活性が劣化するほか、改質反応に伴う触媒上への炭素分の析出(コーキング)により触媒の活性が劣化して、水素の生成能力が低下する。このため、改質触媒も適宜交換する必要がある。 In addition, the activity of the reforming catalyst deteriorates due to sulfur poisoning, and the activity of the catalyst deteriorates due to carbon deposition (coking) on the catalyst accompanying the reforming reaction, resulting in a decrease in hydrogen generation ability. . For this reason, it is necessary to replace the reforming catalyst as appropriate.
例えば、脱硫剤の交換については、通常は、脱硫剤の使用時間に基づいて行われているが、より適切なタイミングで脱硫剤の交換を行う技術として、例えば特許文献1や特許文献2記載のものが知られている。
For example, the replacement of the desulfurizing agent is normally performed based on the usage time of the desulfurizing agent, but as a technique for replacing the desulfurizing agent at a more appropriate timing, for example, as described in
特許文献1には、燃料電池の稼働時間と脱硫フィルタの残寿命との相関グラフを予め設定し、燃料電池の稼働時間の計測値とこの相関グラフとを参照して、脱硫フィルタの交換タイミングを予測する方法が記載されている。
In
また特許文献2には、燃料電池における脱硫器の寿命を予測するに当たり、発電量、排熱回収量、燃料使用量のうち少なくとも何れか一つを含むデータを計測して、データの累積量が所定の基準値以上になると脱硫剤の交換時期であることを示す、燃料電池および脱硫剤交換システムが記載されている。
ところで、燃料電池の燃料として実際に使用される天然ガス、灯油などに含まれる、例えば硫黄分などの含有量は、通常、所定の規格値の範囲内でロット毎に変動する。 By the way, the content of sulfur, for example, contained in natural gas, kerosene and the like actually used as fuel for fuel cells usually varies from lot to lot within a predetermined standard value range.
しかしながら、上記従来技術のように燃料電池の稼働時間や発電量、ましてや脱硫剤などの使用時間に基づいて交換した場合は、上記変動を考慮していないため、残寿命にまだ余裕があるにもかかわらず交換してしまう可能性があり、本来の必要性以上に交換頻度が高くなるほか、リサイクルの負担が大きくなるなど経済性の面からも問題があった。また逆に、予想以上に残寿命が低下してしまう可能性もあり、脱硫ができないと、触媒がダメージを受けて水素を発生させられず、燃料電池の運転停止に至るという問題もあった。 However, when the fuel cell is replaced based on the operating time of the fuel cell, the amount of power generation, or even the usage time of the desulfurizing agent as in the above-mentioned prior art, the above-mentioned fluctuation is not taken into consideration, so there is still a margin in the remaining life. However, there is a possibility of replacement regardless of the necessity, and the frequency of replacement becomes higher than originally necessary, and there is also a problem from the economic aspect such as an increase in the burden of recycling. On the other hand, there is a possibility that the remaining life may be reduced more than expected, and if desulfurization cannot be performed, the catalyst is damaged and hydrogen cannot be generated, resulting in the shutdown of the fuel cell.
本発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の燃料電池システムは、燃料タンクから給油される燃料を用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料タンクの燃料残量、燃料給油量および給油された燃料の品質からその燃料タンク内の燃料の平均品質を算出する燃料平均品質算出手段と、所定期間における前記燃料残量の変化から所定期間における燃料使用量を算出する燃料使用量算出手段と、所定期間における前記燃料使用量と前記燃料の平均品質とから前記燃料の脱硫剤および前記燃料の改質触媒で処理された燃料中の管理成分の処理量を算出する管理成分処理量算出手段と、前記管理成分の処理量の累積値から前記脱硫剤の交換時期を予測する脱硫剤交換時期予測手段と、前記管理成分の処理量の累積値から前記改質触媒の交換時期を予測する改質触媒交換時期予測手段と、前記脱硫剤および前記改質触媒の交換予測時期を通知する交換予測時期通知手段と、を具えることを特徴としている。 An object of the present invention is to advantageously solve the above-described problems. A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates power using fuel supplied from a fuel tank, and a fuel in the fuel tank. Fuel average quality calculating means for calculating the average quality of the fuel in the fuel tank from the remaining amount, the fuel supply amount and the quality of the supplied fuel, and the amount of fuel used in the predetermined period from the change in the remaining fuel amount in the predetermined period Calculates the processing amount of the managed component in the fuel processed by the fuel desulfurization agent and the fuel reforming catalyst from the fuel usage amount calculating means to calculate, the fuel usage amount in the predetermined period and the average quality of the fuel Management component throughput calculation means, desulfurization agent replacement timing prediction means for predicting the replacement timing of the desulfurization agent from the cumulative value of the management component throughput, and a cumulative value of the management component throughput A reforming catalyst replacement time prediction means for predicting the replacement time of the reforming catalyst is characterized in that it comprises a and a replacement predicted time notification means for notifying replacement predicted timing of the desulfurizing agent and the reforming catalyst.
また、本発明の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムは、燃料電池に燃料を給油するための燃料タンクの燃料残量、燃料給油量および給油された燃料の品質からタンク内の燃料の平均品質を算出する燃料平均品質算出手段と、所定期間における前記燃料残量の変化から所定期間における燃料使用量を算出する燃料使用量手段と、所定期間における前記燃料使用量と前記燃料の平均品質とから前記燃料の脱硫剤および前記燃料の改質触媒で処理された燃料中の管理成分の処理量を算出する管理成分処理量算出手段と、前記管理成分の処理量の累積値から前記脱硫剤の交換時期を予測する脱硫剤交換時期予測手段と、前記管理成分の処理量の累積値から前記改質触媒の交換時期を予測する改質触媒交換時期予測手段と、前記脱硫剤および前記改質触媒の交換予測時期を通知する交換予測時期通知手段と、を具えることを特徴としている。 Further, the fuel cell desulfurization agent and reforming catalyst replacement system according to the present invention is based on the fuel remaining in the fuel tank, the fuel supply amount, and the quality of the supplied fuel. An average fuel quality calculating means for calculating an average quality of the fuel, a fuel usage amount means for calculating a fuel usage amount in a predetermined period from a change in the remaining amount of fuel in a predetermined period, an average of the fuel usage amount and the fuel in a predetermined period Management component processing amount calculation means for calculating the processing amount of the management component in the fuel processed by the fuel desulfurization agent and the fuel reforming catalyst from the quality, and the desulfurization from the cumulative value of the processing amount of the management component A desulfurization agent replacement time prediction means for predicting a replacement time of the agent, a reforming catalyst replacement time prediction means for predicting a replacement time of the reforming catalyst from a cumulative value of the processing amount of the management component, a desulfurizing agent and It is characterized in that it comprises a and a replacement predicted time notification means for notifying replacement predicted timing of the reforming catalyst.
本発明の燃料電池システムにあっては、燃料電池が、燃料タンクから給油される燃料を用いて発電を行い、燃料平均品質算出手段が、燃料タンクの燃料残量、燃料給油量および給油された燃料の品質からその燃料タンク内の燃料の平均品質を算出し、燃料使用量算出手段が、所定期間における前記燃料残量の変化から所定期間における燃料使用量を算出し、管理成分処理量算出手段が、所定期間における前記燃料使用量と前記燃料の平均品質とから前記燃料の脱硫剤および前記燃料の改質触媒で処理された燃料中の管理成分の処理量を算出し、脱硫剤交換時期予測手段が、前記管理成分の処理量の累積値から前記脱硫剤の交換時期を予測し、改質触媒交換時期予測手段が、前記管理成分の処理量の累積値から前記改質触媒の交換時期を予測し、そして交換予測時期通知手段が、前記脱硫剤および前記改質触媒の交換予測時期をユーザやメンテナンス事業者などに通知する。 In the fuel cell system of the present invention, the fuel cell generates power using the fuel supplied from the fuel tank, and the fuel average quality calculating means supplies the fuel remaining amount, the fuel supply amount and the fuel supply in the fuel tank. The average quality of the fuel in the fuel tank is calculated from the quality of the fuel, and the fuel use amount calculating means calculates the fuel use amount in the predetermined period from the change in the remaining fuel amount in the predetermined period, and the managed component processing amount calculating means Calculate the processing amount of the management component in the fuel treated with the fuel desulfurization agent and the fuel reforming catalyst from the fuel usage amount and the average quality of the fuel in a predetermined period, and predict the desulfurization agent replacement timing Means predicts the replacement timing of the desulfurization agent from the cumulative value of the processing amount of the management component, and the reforming catalyst replacement timing prediction means determines the replacement timing of the reforming catalyst from the cumulative value of the processing amount of the management component. Predict And exchange prediction time notification means notifies such as the desulfurization agent and the modified user and maintenance operators the exchange prediction time of the catalyst.
また、本発明の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムにあっては、燃料平均品質算出手段が、燃料電池に燃料を給油するための燃料タンクの燃料残量、燃料給油量および給油された燃料の品質からその燃料タンク内の燃料の平均品質を算出し、燃料使用量算出手段が、所定期間における前記燃料残量の変化から所定期間における燃料使用量を算出し、管理成分処理量算出手段が、所定期間における前記燃料使用量と前記燃料の平均品質とから前記燃料の脱硫剤および前記燃料の改質触媒で処理された燃料中の管理成分の処理量を算出し、脱硫剤交換時期予測手段が、前記管理成分の処理量の累積値から前記脱硫剤の交換時期を予測し、改質触媒交換時期予測手段が、前記管理成分の処理量の累積値から前記改質触媒の交換時期を予測し、そして交換予測時期通知手段が、前記脱硫剤および前記改質触媒の交換予測時期を通知する。 Further, in the fuel cell desulfurization agent and reforming catalyst replacement system of the present invention, the fuel average quality calculating means supplies the remaining amount of fuel in the fuel tank, the fuel supply amount and the fuel supply for supplying fuel to the fuel cell. The average quality of the fuel in the fuel tank is calculated from the measured fuel quality, and the fuel use amount calculation means calculates the fuel use amount in the predetermined period from the change in the remaining fuel amount in the predetermined period, and the managed component processing amount The calculating means calculates a processing amount of the management component in the fuel processed by the fuel desulfurization agent and the fuel reforming catalyst from the fuel usage amount and the average quality of the fuel in a predetermined period, and replaces the desulfurization agent The timing predicting means predicts the replacement timing of the desulfurization agent from the cumulative value of the processing amount of the management component, and the reforming catalyst replacement timing prediction means replaces the reforming catalyst from the cumulative value of the processing amount of the management component. Predict the time And, and replace the predicted time notification means notifies the exchange prediction time of the desulfurizing agent and the reforming catalyst.
従って、本発明の燃料電池システムおよび、本発明の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムによれば何れも、燃料の使用量と燃料の品質とから、脱硫剤および改質触媒に投入された管理成分の処理量の累積値を算出し、これに基づき脱硫剤および改質触媒の交換時期を予測するようにしたので、より正確にこれらの交換時期の予測を行うことができるとともに、その予測した交換時期を燃料電池の需要者やメンテナンス事業者などに通知するようにしたので、燃料電池の運転効率の低下の防止や、脱硫剤および改質触媒の交換頻度の低減など適切なタイミングでの交換を図ることが可能となる。 Therefore, according to the fuel cell system of the present invention and the desulfurization agent and reforming catalyst replacement system of the fuel cell of the present invention, both are introduced into the desulfurization agent and the reforming catalyst from the amount of fuel used and the quality of the fuel. Since the cumulative value of the treated amount of the managed component was calculated and the replacement time of the desulfurizing agent and the reforming catalyst was predicted based on this, it was possible to predict these replacement times more accurately, Since the predicted replacement time is notified to fuel cell users and maintenance operators, etc., appropriate timing such as prevention of fuel cell operating efficiency reduction and reduction of replacement frequency of desulfurization agent and reforming catalyst. It is possible to exchange at
なお、本発明の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムにおいては、複数の前記燃料電池に設けられた前記交換予測時期通知手段からそれぞれ出力される交換予測時期に基づき前記脱硫剤および前記改質触媒の交換計画を作成して出力する交換計画作成手段をさらに具えていても良く、このようにすれば、複数の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換を効率良く行うことができる。 In the fuel cell desulfurization agent and reforming catalyst replacement system of the present invention, the desulfurization agent and the reforming catalyst are output based on the predicted replacement times respectively output from the replacement predicted time notification means provided in the plurality of fuel cells. A replacement plan creation means for creating and outputting a replacement plan for the reforming catalyst may be further provided. In this way, the desulfurization agent and the reforming catalyst for a plurality of fuel cells can be replaced efficiently. .
以下、本発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図1は、本発明の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムの一実施例を用いた、本発明の燃料電池システムの一実施例を示す構成図、図2は、上記実施例の燃料電池システムにおける燃料電池の構成を機能ブロックで示すブロック線図、図3は、上記実施例の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムにおける管理システムのデータベースの構成を示す説明図、図4は、上記実施例の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムを用いた上記実施例の燃料電池システムにおける処理手順を示すフローチャートである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the fuel cell system of the present invention using an embodiment of the desulfurization agent and reforming catalyst replacement system of the fuel cell of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell in the fuel cell system of the embodiment as a functional block, and FIG. 3 is an explanation showing the configuration of the database of the management system in the replacement system for the desulfurization agent and reforming catalyst of the fuel cell of the embodiment. FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure in the fuel cell system of the above embodiment using the desulfurization agent and reforming catalyst replacement system of the fuel cell of the above embodiment.
本実施例の燃料電池システムは、家庭やオフィスビル等の需要者の施設に設置された燃料電池で発電などを行うとともに、その燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換を行うためのシステムであって、図1に示すように、燃料電池10と、管理センター端末20と、燃料供給事業者端末30と、メンテナンス事業者端末40とを具えており、それらはインターネット等の通信網50を介して互いに接続されている。
The fuel cell system of the present embodiment is a system for generating electricity with a fuel cell installed in a customer facility such as a home or office building, and for exchanging the desulfurization agent and reforming catalyst of the fuel cell. As shown in FIG. 1, a
ここで、燃料電池10は、図2に示すように、通常の燃料電池本体11と、灯油など燃料電池11の原燃料となる燃料を収容する燃料タンク12と、灯油などの原燃料中の硫黄分を脱硫剤により除去する脱硫器13と、脱硫器13により脱硫された灯油を改質触媒により改質して主に水素を生成する改質器14と、それら脱硫剤および改質触媒の交換時期を予測するための交換時期予測装置15とを具えている。
Here, as shown in FIG. 2, the
交換時期予測装置15は、あらかじめ与えられたプログラムに基づき作動する通常のコンピュータを有するサーバーからなり、機能的には、燃料平均品質算出手段としての燃料平均品質算出部15aと、燃料使用量算出手段としての燃料使用量算出部15bと、管理成分処理量算出手段としての管理成分処理量算出部15cと、脱硫剤交換時期予測手段としての脱硫剤交換時期予測部15dと、改質触媒交換時期予測手段としての改質触媒交換時期予測部15eと、交換予測時期通知手段としての通信部15fとを有している。
The replacement
また管理センター端末20は、図3に示すように、通常のコンピュータを有する管理サーバー21を具え、その管理サーバー21は、交換計画を作成するとともに、燃料電池に燃料品質情報を送るもので、通常のハードディスクドライブなどから構成されるデータベース22を有しており、このデータベース22には、交換計画データベース(DB)22a、メンテナンス事業者データベース(DB)22b、複数の需要者の各々についての住所の他そこにある燃料電池10の仕様などの情報を持つ需要者データベース(DB)22c、燃料情報データベース(DB)22d、および、複数の仕様の燃料電池10の各々についての詳細情報を持つ燃料電池データベース(DB)22eが含まれている。
As shown in FIG. 3, the
通常のコンピュータを有するサーバーからなる燃料供給事業者端末30を有する燃料供給事業者は、燃料電池10へ灯油を供給し、これも通常のコンピュータを有するサーバーからなるメンテナンス事業者端末40を有するメンテナンス事業者は、本実施例の燃料電池システムに従い各燃料電池10の脱硫剤および改質触媒の交換を行う。なお、本実施例の燃料電池システムから燃料電池本体11と燃料タンク12と脱硫器13と改質器14とを除いたものが、本実施例の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムである。
A fuel supplier having a
本実施例の燃料電池システムは、具体的には、図4に示す手順に従って、脱硫剤および改質触媒の交換処理を行う。すなわち、先ずステップS1で、燃料供給事業者が、燃料電池10の燃料タンク12に灯油等の原燃料を給油する際に、給油した原燃料の製品タグである給油燃料タグを燃料電池10の交換時期予測装置15に入力する。製品タグ(給油燃料タグ)とは、燃料供給事業者によりそれぞれの燃料電池へ給油される、タンク車一台分やタンカー一艘分などの同一ロット(品質が同一である)の製品に対して付与される識別記号であり、例えば、所定のルールに基づき、燃料供給事業者が付与する。
Specifically, the fuel cell system of the present embodiment performs the desulfurization agent and reforming catalyst exchange process according to the procedure shown in FIG. That is, first, in
なお、製品タグの入力方法は、交換時期予測装置15に具えられた入力キーにより手入力しても良く、また携帯電話機などの携帯情報端末に記録された製品タグのデータを、例えば赤外線通信、携帯情報端末と交換時期予測装置15とをケーブル或いは直接接続するなどの手段によってその携帯情報端末から交換時期予測装置15へ転送するという方法で入力することもできる。
The method of inputting the product tag may be manually input by using an input key provided in the replacement
次いでステップS2で、燃料電池10の交換時期予測装置15は、燃料タンク12に具えられた例えば燃料残量センサーの信号に基づき、給油された後の原燃料の量を計測するとともに、原燃料が給油される直前の燃料残量、給油前後のタンク内の燃料の量から求まる給油量、および給油された原燃料の製品タグを記録し、続くステップS3で、交換時期予測装置15は、給油された燃料の製品タグを指標(キー)として、管理センター端末20へ、給油された原燃料の品質、特に管理成分に関する情報(燃料情報)を要求する。燃料情報とは、脱硫剤および改質触媒の寿命、すなわち交換時期を予測するために用いる以下の特定成分(管理成分)の、燃料中の含有量を含む情報である。
Next, in step S2, the replacement
脱硫剤に関しては、例えば硫黄分含有量(全硫黄分含有量)が管理成分となる。脱硫器13においては、灯油などの原燃料中の硫黄分を吸着、収着などにより除去するが、所定量の硫黄分を処理する(例えば、累積処理量が飽和吸着量に近くなる)と、寿命となり脱硫が行えなくなる。このため、このような状態になる前に脱硫剤を交換する必要がある。さらに、脱硫剤の種類、脱硫方式などにより、全硫黄分含有量の他に、例えば、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、メルカプタンなど、硫黄化合物の種類別の含有量が管理成分となる。要は、脱硫剤の交換時期が正確かつ適切に予測するために必要な成分を、脱硫剤の種類、脱硫器の方式などにより、適宜採用する。
With respect to the desulfurization agent, for example, the sulfur content (total sulfur content) becomes the management component. In the
改質触媒においては、例えば芳香族炭化水素の含有量が管理成分となる。改質器14においては、脱硫された原燃料を改質触媒の存在下に例えば水蒸気と反応させて、水素を主とする燃料ガスを生成するが、その過程で、触媒上への炭素分の析出(コーキング)が生ずる。触媒上に炭素分が析出すると触媒の活性が低下し、水素の生成量が低下するため、燃料電池の効率が低下し、著しい場合は燃料電池の運転が停止する。このため、コーキング量が所定量になる前に改質触媒を交換する必要がある。コーキングの原因となる燃料中の成分は、おもに芳香族炭化水素である。
In the reforming catalyst, for example, the content of aromatic hydrocarbons becomes the management component. In the
上記の燃料情報は、製品タグとともに1セットのデータとして取り扱われ、製品タグをキー(指標)として燃料情報を一対一で対応させることができる。上記の管理成分の分析は、燃料供給事業者が行っても良いし、分析センターにて行っても良い。また、例えば全硫黄分濃度の分析を燃料供給事業者にて行い、硫黄分の種類別の分析は分析センターにて行うなど、比較的簡便な分析項目を燃料供給事業者で行い、比較的手間や技術を要する分析項目を分析センターで行うというように、分業化して行うこともできる。燃料供給事業者および/または分析センターで行った分析結果(すなわち、燃料情報)は、例えば燃料供給事業者端末30から、製品タグとともに例えばインターネットなどの通信網を介して管理センター端末20へ送信され、管理サーバー21において燃料情報DB22dに登録される。
The fuel information is handled as a set of data together with the product tag, and the fuel information can be associated one-to-one with the product tag as a key (index). The analysis of the management component may be performed by a fuel supplier or an analysis center. In addition, for example, analysis of the total sulfur content is performed by the fuel supplier, and analysis by type of sulfur is performed by the analysis center. It is also possible to carry out the division of labor, such as performing analysis items that require a lot of skill and technology at the analysis center. An analysis result (that is, fuel information) performed by the fuel supplier and / or the analysis center is transmitted from the
次いでステップS4で、燃料電池10の交換時期予測装置15は、管理センター端末より燃料情報を受信したら、その燃料情報を記録し、続くステップS5で、交換時期予測装置15は、給油直前の燃料残量および残存燃料の平均品質(各管理成分の濃度)並びに給油量および給油された燃料情報から、給油後のタンク内の燃料の平均品質(管理成分の濃度)を算出し、それを記録する。従って、ステップS2〜S5は、燃料平均品質算出部15aに相当する。
Next, in step S4, when the
さらにステップS6で、燃料電池10の交換時期予測装置15は、所定期間としての、脱硫剤を前回交換してから現在までの期間における燃料使用量と、所定期間としての、改質媒体を前回交換してから現在までの期間における燃料使用量とを算出するとともに、それらの燃料使用量から、それらの期間における各管理成分の処理量を算出し、それらの管理成分の処理量に基づき脱硫剤および改質媒体のそれぞれについて前回交換してからの累積処理量を算出して、それらを記録し、続くステップS7で、交換時期予測装置15は、その管理成分の累積処理量から、脱硫剤および改質触媒の交換時期を予測する。従って、ステップS6は、燃料使用量算出部15bおよび管理成分処理量算出部15cに相当し、ステップS7は、脱硫剤交換時期予測部15dおよび改質触媒交換時期予測部15eに相当する。
Further, in step S6, the replacement
交換時期の予測方法は、脱硫剤においては、例えば全硫黄分の累積処理量(脱硫剤を新たに交換してからの累積処理量)と、当該脱硫剤の所定の処理能力(脱硫剤の規格値)とを比較して、交換時期を予測する。運転時間と累積処理量の増加カーブから、例えば外挿法により、累積処理量が所定処理能力に対する所定の基準値(例えば90%の値)に達するまでの期間を予測する。 For the desulfurization agent, for example, in the desulfurization agent, the cumulative treatment amount (cumulative treatment amount after a new desulfurization agent is replaced) and the predetermined treatment capacity of the desulfurization agent (desulfurization agent standard) Value) to predict the replacement time. A period until the cumulative processing amount reaches a predetermined reference value (for example, a value of 90%) with respect to the predetermined processing capability is predicted from the increase curve of the operation time and the cumulative processing amount, for example, by extrapolation.
また改質触媒においては、芳香族炭化水素の累積処理量により、脱硫剤の場合と同様にして所定の基準値(例えば90%の値)に達するまでの期間を予測する。すなわち、当該改質触媒において、所定の処理温度(改質温度)における芳香族化合物の累積処理量とコーク堆積量との関係をしらべて、芳香族化合物の限界累積処理量(処理能力)を設定する。 Further, in the reforming catalyst, a period until reaching a predetermined reference value (for example, a value of 90%) is predicted in the same manner as in the case of the desulfurizing agent, based on the accumulated processing amount of aromatic hydrocarbons. That is, in the reforming catalyst, the limit cumulative processing amount (processing capacity) of the aromatic compound is set by examining the relationship between the cumulative processing amount of the aromatic compound and the coke deposition amount at a predetermined processing temperature (reforming temperature). To do.
次いでステップS8で、燃料電池10の交換時期予測装置15は、上記の予測した交換予測時期との時間的余裕が、交換に要する納期を考慮した所定の基準期間(例えば、1ヶ月前、2週間前、1週間前など)となったか否かを判断し、続くステップS9で、交換時期予測装置15は、上記の余裕期間が所定の基準期間となったと判断したら、交換予測時期を、顧客情報、燃料電池情報などとともに管理センター端末20の管理サーバー21に送信する。なお、ステップS9で、上記の余裕期間が未だ所定の基準期間前であると判断した場合は、交換時期予測装置15は、給油があったか否かを判断して、給油があった場合はステップS2に戻り、給油がなかった場合はステップS6に戻る。従って、ステップS8,S9は、通信部15fに相当する。
Next, in step S8, the replacement
次いでステップS10で、管理センター端末20の管理サーバー21が、交換予測時期を受信すると、続くステップS11で、管理サーバー21は、その交換時期の予測値を需要者DB22cに登録するとともに、需要者DB22c、燃料電池DB22eおよびメンテナンス事業者DB22bを参照して交換計画を作成し、作成した交換計画を交換計画DB22aに登録する。従って、ステップS11を実行する管理サーバー21は、交換計画作成手段に相当する。
Next, when the
さらにステップS13で、管理サーバー21は、上記作成した交換計画を顧客情報、燃料電池情報などとともにメンテナンス事業者端末40へ送信し、続くステップS14で、メンテナンス事業者端末40に交換計画を受信したメンテナンス事業者は、その交換計画に基づき各燃料電池10の脱硫剤および改質触媒を交換する。
Further, in step S13, the
従って、本実施例の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムおよび、それを用いた本実施例の燃料電池システムによれば、燃料の使用量と燃料の品質とから、脱硫剤および改質触媒に投入された管理成分の処理量の累積値を算出し、これに基づき脱硫剤および改質触媒の交換時期を予測するようにしたので、より正確にこれらの交換時期の予測を行うことができるとともに、その予測した交換時期を燃料電池の需要者やメンテナンス事業者などに通知するようにしたので、燃料電池の運転効率の低下の防止や、脱硫剤および改質触媒の交換頻度の低減など適切なタイミングでの交換を図ることが可能となる。 Therefore, according to the fuel cell desulfurization agent and reforming catalyst replacement system of the present embodiment and the fuel cell system of the present embodiment using the same, the desulfurization agent and the reforming agent are determined based on the amount of fuel used and the quality of the fuel. Since the cumulative value of the processing amount of the managed components input to the catalyst is calculated and the replacement timing of the desulfurizing agent and reforming catalyst is predicted based on this, the replacement timing of these replacement timings should be predicted more accurately. In addition, fuel cell consumers and maintenance business operators are notified of the predicted replacement time, thereby preventing a decrease in the operating efficiency of the fuel cell and reducing the frequency of replacement of the desulfurization agent and reforming catalyst. It is possible to exchange at an appropriate timing.
しかも、本実施例の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムによれば、複数の燃料電池10に設けられた交換時期予測装置15の通信部15fからそれぞれ出力される交換予測時期に基づき脱硫剤および改質触媒の交換計画を作成して出力する管理サーバー21をさらに具えているので、複数の燃料電池10の脱硫剤および改質触媒の交換を効率良く行うことができる。
Moreover, according to the fuel cell desulfurization agent and reforming catalyst replacement system of the present embodiment, based on the predicted replacement times respectively output from the communication units 15 f of the replacement
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限られるものでなく、例えば、燃料電池の燃料タンクの燃料残量、燃料使用量、発電量などに基づき、さらに燃料供給時期を予測して、燃料の供給計画(製造計画を含むこともある)を作成し、その供給計画に基づいて燃料供給事業者による燃料供給を行うようにしても良い。すなわち例えば、本発明の燃料電池システムと、上記のように燃料供給時期の予測値にもとづいて作成される燃料の供給計画・製造計画に基づき燃料供給事業者が、予め一次脱硫を行った一次脱硫燃料を製造し各需要者の燃料電池へ供給するシステムとを組み合わせることができ、この場合には、個々の燃料供給事業者が一次脱硫燃料を製造して製品タグを付与するので、燃料電池システムの、よりきめ細かな管理が可能となる。 Although the present invention has been described based on the illustrated example, the present invention is not limited to the above-described example. For example, the fuel supply timing is further determined based on the remaining amount of fuel in the fuel tank of the fuel cell, the amount of fuel used, the amount of power generation, and the like. A fuel supply plan (which may include a production plan) may be prepared in advance, and fuel may be supplied by a fuel supplier based on the supply plan. That is, for example, the primary desulfurization in which the fuel supply company has performed the primary desulfurization in advance based on the fuel cell system of the present invention and the fuel supply plan / manufacturing plan created based on the predicted value of the fuel supply timing as described above. It can be combined with a system that manufactures fuel and supplies it to each customer's fuel cell. In this case, since each fuel supplier manufactures primary desulfurized fuel and assigns a product tag, the fuel cell system This enables more detailed management.
かくして本発明の燃料電池システムおよび、本発明の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムによれば何れも、燃料の使用量と燃料の品質とから、脱硫剤および改質触媒に投入された管理成分の処理量の累積値を算出し、これに基づき脱硫剤および改質触媒の交換時期を予測するようにしたので、より正確にこれらの交換時期の予測を行うことができるとともに、その予測した交換時期を燃料電池の需要者やメンテナンス事業者などに通知するようにしたので、燃料電池の運転効率の低下の防止や、脱硫剤および改質触媒の交換頻度の低減など適切なタイミングでの交換を図ることが可能となる。 Thus, according to the fuel cell system of the present invention and the replacement system for the desulfurization agent and reforming catalyst of the fuel cell of the present invention, the desulfurization agent and the reforming catalyst are introduced from the amount of fuel used and the quality of the fuel. In addition, the cumulative value of the treated amount of the managed component was calculated and the replacement timing of the desulfurizing agent and the reforming catalyst was predicted based on the calculated cumulative value. The predicted replacement time is notified to fuel cell consumers and maintenance operators, etc., so that the fuel cell operating efficiency is prevented from decreasing and the desulfurization agent and reforming catalyst replacement frequency is reduced. Can be exchanged.
すなわち、燃料電池に給油される原燃料の組成は、通常、所定の規格値内の品質範囲を保つように製造され供給されるが、その範囲内でロット毎に品質は変動する。それゆえ、従来のように燃料電池の運転時間或いは発電量から脱硫剤および改質触媒の寿命を予測する場合には、実際の寿命より早い段階で交換が行われてしまう可能性があり、このため交換頻度が多くなることから、廃脱硫剤、廃改質触媒の後処理量が必要以上に増加したり、需要者の経済的負担が増加するなどの問題が生じる。或いは、運転時間等から予測される以上に劣化が進んでしまい、燃料電池の効率低下ひいては予定外の運転停止に至る可能性もあった。 That is, the composition of the raw fuel supplied to the fuel cell is normally manufactured and supplied so as to maintain a quality range within a predetermined standard value, but the quality varies from lot to lot within the range. Therefore, when the lifespan of the desulfurization agent and the reforming catalyst is predicted from the operating time of the fuel cell or the power generation amount as in the prior art, the replacement may be performed at an earlier stage than the actual lifespan. Therefore, since the replacement frequency increases, problems such as an increase in the post-treatment amount of the waste desulfurizing agent and the waste reforming catalyst more than necessary and an increase in the economic burden on the consumer arise. Alternatively, the deterioration has progressed more than predicted from the operation time and the like, and there has been a possibility that the efficiency of the fuel cell will be reduced, leading to an unexpected shutdown.
しかしながら、本発明の燃料電池システムおよび、本発明の燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システムによれば何れも、脱硫剤および改質触媒に対する管理成分の実際の累積処理量に基づき、交換時期を予測するので、燃料電池の運転時間或いは発電量からこれらの寿命を予測するよりも、精度良く予測することができる。従って、交換時期が遅くなり性能が低下してしまうことによる燃料電池の効率の低下、著しくは運転停止を未然に防止することができる。また、逆に能力的に余裕があるにもかかわらず早めに交換してしまうという無駄も防止することができる。 However, according to the fuel cell system of the present invention and the replacement system for the desulfurization agent and reforming catalyst of the fuel cell of the present invention, the replacement is based on the actual cumulative processing amount of the managed component for the desulfurization agent and the reforming catalyst. Since the time is predicted, it is possible to predict the life with accuracy rather than predicting the service life from the operation time of the fuel cell or the power generation amount. Therefore, it is possible to prevent the efficiency of the fuel cell from being lowered due to the replacement time being delayed and the performance from being lowered, and the suspension of the operation. On the other hand, it is possible to prevent the waste of being replaced early despite having sufficient capacity.
10 燃料電池
11 燃料電池本体
12 燃料タンク
13 脱硫器
14 改質器
15 交換時期予測装置
15a 燃料平均品質算出部
15b 燃料使用量算出部
15c 管理成分処理量算出部
15d 脱硫剤交換時期予測部
15e 改質触媒交換時期予測部
15f 通信部
20 管理センター端末
21 管理サーバー
22 データベース
22a 交換計画データベース(DB)
22b メンテナンス事業者データベース(DB)
22c 需要者データベース(DB)
22d 燃料情報データベース(DB)
22e 燃料電池データベース(DB)
30 燃料供給事業者端末
40 メンテナンス事業者端末
50 通信網
DESCRIPTION OF
22b Maintenance company database (DB)
22c Consumer database (DB)
22d Fuel Information Database (DB)
22e Fuel Cell Database (DB)
30
Claims (3)
前記燃料タンクの燃料残量、燃料給油量および給油された燃料の品質からその燃料タンク内の燃料の平均品質を算出する燃料平均品質算出手段と、
所定期間における前記燃料残量の変化から所定期間における燃料使用量を算出する燃料使用量算出手段と、
所定期間における前記燃料使用量と前記燃料の平均品質とから前記燃料の脱硫剤および前記燃料の改質触媒で処理された燃料中の管理成分の処理量を算出する管理成分処理量算出手段と、
前記管理成分の処理量の累積値から前記脱硫剤の交換時期を予測する脱硫剤交換時期予測手段と、
前記管理成分の処理量の累積値から前記改質触媒の交換時期を予測する改質触媒交換時期予測手段と、
前記脱硫剤および前記改質触媒の交換予測時期を通知する交換予測時期通知手段と、
を具えることを特徴とする、燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity using fuel supplied from a fuel tank;
Fuel average quality calculating means for calculating the average quality of the fuel in the fuel tank from the remaining amount of fuel in the fuel tank, the amount of fuel supplied, and the quality of the supplied fuel;
Fuel use amount calculating means for calculating a fuel use amount in a predetermined period from a change in the remaining fuel amount in the predetermined period;
A management component processing amount calculation means for calculating a processing amount of a management component in the fuel treated with the desulfurization agent of the fuel and the reforming catalyst of the fuel from the fuel usage amount and the average quality of the fuel in a predetermined period;
A desulfurization agent replacement time prediction means for predicting a replacement time of the desulfurization agent from a cumulative value of the processing amount of the management component;
A reforming catalyst replacement timing predicting means for predicting a replacement timing of the reforming catalyst from a cumulative value of the processing amount of the management component;
A replacement prediction time notification means for notifying a replacement prediction time of the desulfurization agent and the reforming catalyst;
A fuel cell system comprising:
所定期間における前記燃料残量の変化から所定期間における燃料使用量を算出する燃料使用量手段と、
所定期間における前記燃料使用量と前記燃料の平均品質とから前記燃料の脱硫剤および前記燃料の改質触媒で処理された燃料中の管理成分の処理量を算出する管理成分処理量算出手段と、
前記管理成分の処理量の累積値から前記脱硫剤の交換時期を予測する脱硫剤交換時期予測手段と、
前記管理成分の処理量の累積値から前記改質触媒の交換時期を予測する改質触媒交換時期予測手段と、
前記脱硫剤および前記改質触媒の交換予測時期を通知する交換予測時期通知手段と、
を具えることを特徴とする、燃料電池の脱硫剤および改質触媒の交換システム。 Fuel average quality calculating means for calculating the average quality of the fuel in the tank from the remaining amount of fuel in the fuel tank for supplying fuel to the fuel cell, the amount of fuel supplied, and the quality of the supplied fuel;
A fuel usage amount means for calculating a fuel usage amount in a predetermined period from a change in the remaining amount of fuel in the predetermined period;
A management component processing amount calculation means for calculating a processing amount of a management component in the fuel treated with the desulfurization agent of the fuel and the reforming catalyst of the fuel from the fuel usage amount and the average quality of the fuel in a predetermined period;
A desulfurization agent replacement time prediction means for predicting a replacement time of the desulfurization agent from a cumulative value of the processing amount of the management component;
A reforming catalyst replacement timing predicting means for predicting a replacement timing of the reforming catalyst from a cumulative value of the processing amount of the management component;
A replacement prediction time notification means for notifying a replacement prediction time of the desulfurization agent and the reforming catalyst;
A system for replacing a desulfurization agent and a reforming catalyst for a fuel cell, comprising:
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